井下装备分析报告

1、井下巷道装载设备分析报告一、背景和意义我国是世界第一产煤大国，煤炭产量占世界的37%。煤炭是我国的主要能源，分 别占一次能源生产和消费总量的76%和69%。长期看来，煤炭在我国能源消费 总量中的比重将会在未来呈下降趋势，但在相当长的一段时间内，我国以煤炭为 主的能源结构不会发生变化。随着煤炭工业经济增长方式的转变、煤炭用途的扩 展，煤炭的战略地位仍然十分重要，煤炭工业能否健康、协调、可持续发展仍是 事关我国能源安全和经济可持续发展的重大问题。长久以来，我国煤矿企业在急功近利的错误思想作祟下，导致了目前矿山装 备“重采轻掘”的畸形发展。截至2007年，我国国有重点煤矿采煤机械化程度 为77.78

2、%，综合采煤机械化程度不到63%；而掘进机械化程度为23%，综合掘 进机械化程度（锚杆、掘护、掘钻）只有18.03%。与此同时，煤炭工业“十一 五”发展规划已明确提出，到2010年，全国大中型煤矿机械化程度要分别达到 95%和80%以上。由此可见，采掘机械化发展程度极不平衡，但也为我们指明了 煤矿机械化发展的方向。我国煤层赋存条件复杂，目前井工开采的煤炭产量比重约占全国煤炭产量的 92%左右。在新井建设中，岩巷掘进工程量一般约占总工程量的40%50%，施 工工期占35%50%；在生产矿井中占总工程量的25%左右。掘进装备先进与否、 掘进工艺水平高低直接关系到煤矿生产的采掘衔接、生产能力、经济效

3、益和生产 安全。煤岩、半煤岩巷道能否快速掘进已经成为煤矿高效安全集约化生产的技术 瓶颈，毋庸置疑已是当前煤炭工业亟需研究解决的重大共性关键性技术，因此煤 岩巷道的快速掘进技术已经成为我国高产高效现代化矿井建设必不可少的技术 支撑。二、井下巷道装载设备概述解放前我国煤矿岩巷掘进全部为人工作业，由于采用手工装载方式掘进巷道 的劳动强度高且装岩效率低，从50年代开始我国就逐步推广机械装岩。经过近 60年的持续发展，目前我国煤矿岩巷掘进用装载机已经初步形成不同类型的系 列产品，总产量已位居世界前列，装岩机的综合技术经济指标也有了大幅度的提 高闻装岩机按其工作机构特点，可分为断续工作的铲斗式装岩机和连续

4、工作的蟹 爪、立爪式装岩机；按其行走方向可分为轨轮式、轮胎式和履带式；按其驱动动 力分有气动式和电动式；按卸载方向分有后卸式和侧卸式。2.1耙斗装岩机我国从上世纪60年代就开始了耙斗装岩机的研制工作，截至当前耙斗装岩 机已经在我国煤矿普遍推广使用，与其他类型装岩机相比，在数量上占相当优势， 成为我国煤矿巷道掘进的主要装岩设备。如图1所示，耙斗装岩机收料部簸箕口与水平成一定的倾角，卸料槽末端装 有导向滑轮，绞车滚筒上的钢丝绳，绕过导向滑轮接到耙斗上。开动绞车，钢丝 绳牵引耙斗从工作面耙取岩碴，沿着收料部、连接槽、中间槽，到卸料槽，将岩 碴卸入卸料槽下面得矿车（或箕斗或转载机）中。卸料后的耙斗，立

5、即空斗返回 工作面。重复前一过程的装岩工作，耙斗不断往返于工作面和卸料点之间，直至 把矿车装满。1-固定楔,2-尾轮,3-钢丝绳,4-耙斗,5-台车,6-操纵机构,7-绞车,8-卡轨器,9-托轮，10-导向轮,11-缓冲器,12 -卸料槽,13-中间槽,14 -连接槽,15-簸箕口，16-挡板图1耙斗装岩机工作原理图Fig1 Functional Drawing of Crab Rock Loader该机之所以得到广泛应用，关键在于其结构简单，操作要求和维修费用都不 高，造价低廉，同时生产效率比较高，可用于平巷、斜巷。但是在大断面施工中 耙斗装岩机装岩效率低，巷道两帮的岩石（特别是耙斗机附近的

6、岩石）需要较多 人工进行辅助清理，整个工作面显得比较混乱，且增加了工人的劳动强度和辅助 作业时间；钢丝绳损坏较多，增加了更换钢丝绳的辅助时间和费用，且钢丝绳摩 擦有可能会引起火花，不利于煤矿安全生产。2.2铲斗式装岩机铲斗式装岩机按其卸载的方式不同，可以分为正装后卸式和正装侧卸式两 种。在我国从1953年开始后卸式装岩机的研制，其工作机构多为气动，振动和 噪声大，拖一条风管工作不便；同时其装载方式为抛卸式，装载动作耗能多且间 歇装载，效率较低。由于这种装岩机工作原理不甚合理，不能适应高速掘进的需 要，在我国使用台数逐渐减少。上世纪六十年代，侧卸式装岩机在西欧蓬勃发展 起来，我国从七十年代开始其

7、研制工作。近年来，侧卸式装岩机在我国也迅速发 展起来，在开滦矿务局钱家营矿、赵各庄矿，邢台矿务局东庞矿和徐州矿务局三 河尖矿等地都得到了广泛使用。1-铲斗,2-铲斗座,3-连杆,4-铲斗臂,5-提升油缸,6-防爆开关箱,7-履带,8-电动机,9-侧卸油缸图2侧卸式装岩机工作原理图Fig2 Functional Drawing of Sides Dump Mucker如图2所示，铲斗侧卸式装岩机是正面铲取岩石，在设备前方侧转卸载，行 走方式多为履带式。它与铲斗后卸式比较，铲斗插入力大、斗容大、提升距离短， 履带行走机动性好，装岩宽度受限制小，铲斗还可兼做活动平台，用于安装锚杆 或挑顶等。通过履带

8、转向，可以实现全断面冲铲装岩，但是也因此降低了工作效 率；同时设备工况恶劣，履带磨损严重，振动载荷大，还加剧了对巷道底板的破 坏；另外这种铲斗冲铲装岩方式造成负载峰值非常大，既要行走，又要克服铲斗 斗尖处铲削岩石的阻力，导致设备空载、重载时负荷变化大，因此需要较大的功 率储备。2.3蟹爪式装岩机蟹爪式装岩机又称双臂式装岩机，我国从上世纪七十年代中期开始研制工 作。这种装岩机属于连续式装岩机械，没有举升、抛卸动作，采用履带行走，行 动灵活，且耗能相对较少。1-工作机构,2-回转台,3-运输机构,4-行走机构,5-液压系统,6 -电气系统图3蟹爪式装岩机结构图Fig3 Structure Draw

9、ing of Crab Rock Loader无论是全机械传动或是全液压驱动，其基本构造都大致相同。如图3所示， 蟹爪式装岩机的工作原理是依靠其本身履带行走机构所产生的牵引力，使工作机 构的铲板局部地插入岩堆，并利用装在铲板上的两个蟹爪作有规律的交替运动， 将铲板上的矿岩耙装到机体中间的运输机上，通过运输机的转载，再将矿岩装到 机后的普通矿车或梭式矿车里。工作机构在升降油缸的作用下，可绕销轴作上下 摆动，根据需要随时调节装料高度，或者作松散装岩机前面的岩堆之用。该机还 可以靠回转台上的回转油缸来实现运输机尾部横向摆动，可在不同位置卸料，摆 角可达30。另外，运输机尾部卸料高度的调节可由升降油缸

10、来完成。该机生产效率比较高，通过行走机构的变向可以实现全断面扒装，不留死角， 清理较为彻底。但这种装岩机由于装岩方式不合理，对底板适应性较差，当岩堆 塌落压住蟹爪就无法装岩，装岩效率显著降低。为了解决蟹爪装岩方式的不合理 问题，又研制了立爪式装岩机。2.4立爪式装岩机立爪式装岩机是瑞典赫格隆德公司于上世纪七十年代初研制成功的机型，国 内从七十年代中后期着手研制工作。其结构原理如图4所示，设备前端装有两只 由液压缸控制、同步运行的耙爪，可以在适用的巷道中耙取岩石，同时刮板运输 机连续地将岩石转载到后面的运输车辆中。设备前部的收集板可以张开将两边的 岩碴收拢到箕板上，方便耙爪将其耙取到运输机上。抬

11、槽油缸和转盘油缸装在运 输机底部，用以实现整个机身（包括耙取机构和转载机构）的升降和转向，增加 了装岩机的灵活性，以适应在巷道转弯处和中大断面巷道中的工作。1-耙爪,2-大臂,3-刮板运输机,4-油箱,5-油泵组,6-行走机构,7-收集板,8-立爪转动架,9-箕板，10-操作手柄，I-耙爪油缸，II-转臂油缸，III-收集板油缸，W-抬臂油缸，V-抬槽油缸，W-转盘油缸图5立爪式装岩机结构图Fig4 Structure Drawing of Vertical Claw Rock Loader该机生产效率较高，可以保持主机不动，依靠耙取机构的转动可以清理边角 岩碴，降低了人工劳动强度。但是在机械

12、结构比较复杂，前端两个耙爪不能保持 同步，耙装的效率较低，尤其是大块岩石无法耙取，适用性仍不广泛。为了解决 耙装机构不合理的问题，又研制了新型井下装岩机。2.5井下新型装岩机井下新型装岩机的是在上述立爪式装岩机的基础上进行改进生产的新产品， 能完成耙装、清碴、清沟、处理工作面危石等工作。我国引进的ITC312H、ITC112H、KL41、KL20等机型应用在南昆线二排坡隧道、深圳的梧桐山隧道、 西康线的秦岭隧道等国家重点工程施工中。我国从上世纪九十年代中期开始新型 装岩机的研制工作，从目前使用情况来看，是一种非常有潜力的装岩机型，可以 替代上述各种装岩机。如图5所示，该机结构与立爪式装岩机类似

13、，将工作机构改为反铲式挖装机 构。挖装机构与集碴槽5相配合，集碴槽能成扇面展开，可以将扇面角度范围内 的砰石收拢进集碴仓内，方便挖装机构将其扒到刮板运输机上，然后由其运输到 机尾落入到梭式矿车或仓式列车一次装完一次循环爆破出砰石，可以充分发挥装 岩机的使用效率。同时，依靠转臂油缸V可以在机身不动的前提下，清理边帮岩 碴，降低工人劳动强度。当清理完一次爆破出的砰石后，通过抬槽油缸丑使前端 集碴槽抬起，行驶到适当位置准备下一次作业。1-挖装机构,2-操作台,3-冷却器,4-刮板输送部,5-集碴槽,6-防爆开关柜,7-电动机,8-双联泵,9-行走机构,10-油箱，I-挖斗油缸，II-斗杆油缸，III

14、-动臂油缸，W-集碴油缸，V-转臂油缸，W-抬槽油缸，图5新型装岩机结构图Fig5 Structure Drawing of Newer Loader该机采用了不同于上述其他机型的装岩原理，利用挖装机构、集碴槽代替铲斗进 行冲铲装岩的方式。由于摒弃了抛卸式装载方式，克服了其间歇装载且瞬时载荷 过大的缺点，装载平稳、连续、高效率、减少粉尘、无装岩抛卸碎石飞溅现象， 改善了作业环境对操作人员的危害。三、装岩机的现状装岩机的应用范围非常之广，如煤矿、铁矿的尾矿、各种隧道的掘进、露天 煤场的装货等。目前主要的生产厂家有江西的江西萍乡的鑫通煤炭机械厂，石家 庄煤机厂，三一重工还有四川，山东，贵州等地的厂家，他们生产的产品性能差 别很大，可靠性都不高，但在这种情况下，装岩机仍然严重的供不应求，有些矿 厂只好利用这些不太对口的装岩机来维持生产。这样不仅严重的影响生产效率、 而且大大增加了维修成本成本。目前产品存在主要主要矛盾是：可靠性非常差， 维修太频繁；品种少，应用范围受限制，没有针对性。目前，装岩机在全国范围内需求量十分巨大，市场前景可达上百亿以上，尤 其在煤矿及铁矿的尾矿中是主要的设备。在煤矿中的需求就不在多提了，前面已 经分析了，现在以铁矿的尾矿来分析其需求量，目前由于铁矿石的价格不断上升， 以前好多废弃了的铁矿石需要重新的利用，也就是以前开过的井中遗留了好多